Nghiên cứu ứng dụng logic mờ để tối ưu hóa hệ thống quản lý năng lượng trên xe lai

Nghiên cứu ứng dụng logic mờ trong tối ưu hóa hệ thống quản lý năng lượng xe lai tại HCMUTE, nâng cao hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

• Tác giả: Huỳnh Quốc Việt
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng logic mờ trong điều khiển tối ưu hóa hệ thống quản lý năng lượng trên xe lai
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG HYBRID HỖN HỢP
• 1.1. Động cơ 1NZ-FXE
• 1.2. Hộp số Hybrid
• 1.3. MG1 và MG2
• 1.4. Bộ phân chia công suất (Power-Split Device)
• 1.5. Bộ chuyển đổi điện
• 1.6. Chiến thuật điều khiển
• 1.7. Điều khiển phanh tái sinh
• 1.8. Giảm tốc của xe và hệ số bám của mặt đường
• 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG XE LAI KIỂU HỖN HỢP
• 2.1. Thông số xe mô phỏng
• 2.2. Mô hình mô phỏng
• 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 3.1. Đáp ứng yêu cầu của người lái
• 3.2. Suất tiêu hao nhiên liệu
• 3.3. Duy trì trạng thái hoạt động của ắc qui
• 3.4. Kết quả đạt được

Tóm tắt

I. Logic Mờ và Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng Xe Lai

Phần này tập trung vào khái niệm logic mờ và vai trò của nó trong quản lý năng lượng của xe lai (xe hybrid). Logic mờ (fuzzy logic) là một phương pháp lý thuyết tập hợp mờ, cho phép mô hình hóa và xử lý thông tin không chính xác. Ứng dụng logic mờ trong hệ thống quản lý năng lượng xe lai mang lại khả năng tối ưu hóa hiệu quả sử dụng nhiên liệu và năng lượng điện. Nghiên cứu này sử dụng thuật toán logic mờ để điều khiển sự phối hợp giữa động cơ đốt trong (ICE) và mô-tơ điện, nhằm đạt được hiệu suất năng lượng tối ưu. Một trong những mục tiêu chính là tiết kiệm năng lượng và giảm lượng khí thải. Việc áp dụng logic mờ trong điều khiển động cơ xe lai cho phép hệ thống phản hồi linh hoạt hơn với các điều kiện vận hành khác nhau, từ đó nâng cao hiệu suất năng lượng.

1.1 Mô Hình Hóa Hệ Thống Logic Mờ

Phần này trình bày chi tiết về việc xây dựng mô hình logic mờ cho hệ thống quản lý năng lượng xe lai. Mô hình logic mờ được thiết kế để xử lý các biến số đầu vào như tốc độ xe, tải trọng, và trạng thái sạc pin (SOC - State Of Charge). Các biến số đầu ra là mô-men xoắn của động cơ đốt trong (ICE) và mô-tơ điện. Việc thiết kế mô hình logic mờ bao gồm việc xác định các hàm thành viên, quy tắc suy luận và phương pháp khử mờ. Mô hình toán học được sử dụng để mô tả sự tương tác giữa các biến số. Phân tích hệ thống được thực hiện để đánh giá hiệu quả của mô hình logic mờ. Kết quả mô phỏng được sử dụng để kiểm chứng tính chính xác và hiệu quả của mô hình. Ứng dụng logic mờ trong kỹ thuật này cho phép điều khiển chính xác và hiệu quả hệ thống quản lý năng lượng.

1.2 Ứng Dụng Logic Mờ Trong Điều Khiển Xe Lai

Phần này tập trung vào việc ứng dụng logic mờ cụ thể trong điều khiển xe lai. Điều khiển logic mờ được sử dụng để tối ưu hóa việc phân phối mô-men xoắn giữa ICE và mô-tơ điện, sao cho hiệu suất năng lượng được tối đa hóa. Điều khiển động cơ được thiết kế để đảm bảo sự chuyển đổi mượt mà giữa các chế độ hoạt động khác nhau của xe. Fuzzy logic control giúp điều chỉnh mức tiêu thụ nhiên liệu và mức tiêu thụ điện năng tùy thuộc vào điều kiện lái xe. Chiến lược quản lý năng lượng được tối ưu hóa thông qua việc sử dụng logic mờ, dẫn đến sự giảm khí thải và tiết kiệm nhiên liệu. An toàn năng lượng cũng được đảm bảo thông qua việc giám sát và điều chỉnh quản lý pin xe lai. Phát triển bền vững là một trong những mục tiêu quan trọng của ứng dụng logic mờ trong lĩnh vực này.

II. Tối Ưu Hóa Quản Lý Năng Lượng và Mô Phỏng

Phần này tập trung vào khía cạnh tối ưu hóa quản lý năng lượng trên xe lai thông qua mô phỏng. Mô phỏng hệ thống được thực hiện sử dụng phần mềm Matlab/Simulink, tích hợp với hệ thống logic mờ. Mô hình toán học chính xác giúp mô phỏng quá trình hoạt động của xe hybrid, bao gồm ICE, mô-tơ điện, pin và hệ thống truyền động. Phân tích hệ thống được thực hiện để xác định các tham số tối ưu cho quản lý năng lượng. Mục tiêu chính là đạt được hiệu suất năng lượng cao nhất, giảm tiêu thụ nhiên liệu, và kéo dài tuổi thọ pin. Mô phỏng giúp đánh giá hiệu quả của các chiến lược quản lý năng lượng khác nhau trước khi áp dụng thực tế. Kết quả mô phỏng cho thấy khả năng tiết kiệm nhiên liệu đáng kể so với các phương pháp truyền thống.

2.1 Thiết Kế và Tối Ưu Hóa Chiến Lược Điều Khiển

Phần này tập trung vào thiết kế và tối ưu hóa chiến lược điều khiển cho hệ thống quản lý năng lượng. Các thuật toán tối ưu hóa được sử dụng để tìm kiếm các tham số tối ưu cho mô hình logic mờ. Mục tiêu tối ưu hóa là giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và tăng hiệu suất năng lượng. Quản lý pin xe lai cũng được tối ưu hóa để đảm bảo tuổi thọ pin và hiệu suất sạc/xả. Phân tích nhạy cảm được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của các tham số khác nhau đến hiệu quả của hệ thống. Kết quả tối ưu hóa được trình bày và so sánh với các phương pháp khác. Công nghệ xe lai được cải tiến đáng kể nhờ việc tối ưu hóa này. Giảm khí thải là một kết quả đáng kể của quá trình này.

2.2 Phân Tích Kết Quả Mô Phỏng và Đánh Giá Hiệu Quả

Phần này tập trung vào phân tích kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu quả của việc ứng dụng logic mờ trong tối ưu hóa quản lý năng lượng xe lai. Dữ liệu mô phỏng được thu thập và phân tích để đánh giá hiệu quả của chiến lược điều khiển được thiết kế. Hiệu suất năng lượng được tính toán và so sánh với các phương pháp truyền thống. Tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải được xem xét như những chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu quả. Phân tích cho thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu suất năng lượng và tiết kiệm nhiên liệu. Kết quả này chứng minh tiềm năng của việc ứng dụng logic mờ trong quản lý năng lượng xe lai. Phát triển bền vững trong ngành công nghiệp ô tô được thúc đẩy bởi những kết quả này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ ô tô trên thế giới, xe lai (Hybrid Electric Vehicle - HEV) đang trở thành xu hướng quan trọng nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường. Tại Việt Nam, mặc dù ngành công nghiệp ô tô phát triển, nhưng các nghiên cứu về tối ưu hóa điều khiển xe lai còn hạn chế, chủ yếu tập trung vào khai thác, bảo trì mà chưa có nhiều công trình tính toán, mô phỏng để nâng cao hiệu suất vận hành. Đề tài nghiên cứu ứng dụng logic mờ trong điều khiển tối ưu hóa hệ thống quản lý năng lượng trên xe lai nhằm cải thiện hiệu suất làm việc và tiết kiệm nhiên liệu.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xây dựng mô hình mô phỏng và thiết kế bộ điều khiển phân phối lực kéo, lực phanh bằng phương pháp logic mờ, sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để tối ưu hóa quá trình quản lý năng lượng trên xe lai kiểu hỗn hợp. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào xe lai Toyota Prius 2004 với thời gian thực hiện 12 tháng, từ tháng 5/2018 đến tháng 5/2019 tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc rút ngắn thời gian thiết kế, giảm công sức và chi phí trong phát triển bộ điều khiển xe lai, đồng thời nâng cao hiệu quả thu hồi năng lượng phanh và phân phối công suất, góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ điều khiển tiên tiến trong ngành công nghiệp ô tô Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

1. Mô hình hệ thống hybrid hỗn hợp: Bao gồm các thành phần như động cơ đốt trong 1NZ-FXE, mô tơ điện MG1 và MG2, bộ phân chia công suất (Power Split Device - PSD) với cấu trúc bánh răng hành tinh, hộp số hybrid, ắc quy nickel-kim loại hydrua và các bộ chuyển đổi điện DC-DC, AC. Mô hình này cho phép phân phối công suất linh hoạt giữa động cơ và mô tơ điện, tối ưu hóa hiệu suất vận hành.

2. Logic mờ (Fuzzy Logic): Được áp dụng trong thiết kế bộ điều khiển phân phối lực kéo và lực phanh nhằm xử lý các tín hiệu đầu vào không chính xác hoặc mơ hồ như mô men yêu cầu, trạng thái sạc ắc quy (SOC), tốc độ xe. Logic mờ giúp tạo ra các chiến thuật điều khiển mềm dẻo, tối ưu hóa hoạt động của các thành phần xe lai trong các điều kiện vận hành khác nhau.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: trạng thái sạc ắc quy (SOC), mô men kéo, mô men phanh tái sinh, bộ điều khiển phân phối lực kéo, bộ điều khiển phân phối lực phanh, chu trình lái xe tiêu chuẩn (ECE-15, NEDC, UDDS).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu kỹ thuật của xe Toyota Prius 2004, các chu trình lái xe tiêu chuẩn quốc tế, dữ liệu mô phỏng từ Matlab/Simulink.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình hóa toán học và mô phỏng số để xây dựng hệ thống quản lý năng lượng trên xe lai. Bộ điều khiển phân phối lực kéo và lực phanh được thiết kế dựa trên thuật toán logic mờ, với các hàm thành phần được chuẩn hóa trong phạm vi [0,1].

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình mô phỏng dựa trên thông số kỹ thuật thực tế của xe Prius 2004, không sử dụng mẫu thực nghiệm vật lý nhưng mô phỏng trên các chu trình lái xe tiêu chuẩn nhằm đánh giá hiệu quả điều khiển.

• Timeline nghiên cứu: 12 tháng, từ tháng 5/2018 đến tháng 5/2019, bao gồm các giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, thiết kế bộ điều khiển, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả mô phỏng và đáp ứng yêu cầu người lái: Vận tốc xe mô phỏng gần như trùng khớp với vận tốc mong muốn trong chu trình NEDC, thể hiện qua đồ thị vận tốc xe thực tế và mong muốn với sai số rất nhỏ, đảm bảo tính chính xác của mô hình.

2. Tối ưu hóa tiêu hao nhiên liệu: So sánh với mô hình không sử dụng logic mờ (ADVISOR), bộ điều khiển logic mờ giảm tiêu hao nhiên liệu lần lượt 31,1% (ECE-15), 27,11% (NEDC) và 19,96% (UDDS). Thời gian tăng tốc từ 0-100 km/h được cải thiện từ 16,2 giây xuống còn 11,2 giây.

3. Duy trì trạng thái sạc ắc quy (SOC) ổn định: SOC của ắc quy luôn duy trì trong phạm vi tối ưu từ 50% đến 70% trong suốt quá trình vận hành, đảm bảo hiệu suất nạp/xả và tuổi thọ ắc quy.

4. Phân phối lực phanh tái sinh hiệu quả: Bộ điều khiển phanh logic mờ tối đa hóa năng lượng thu hồi trong quá trình phanh, đồng thời đảm bảo an toàn khi phân phối lực phanh giữa bánh trước và bánh sau theo tiêu chuẩn ECE.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy việc ứng dụng logic mờ trong điều khiển phân phối lực kéo và lực phanh giúp xe lai vận hành trong vùng hiệu suất tối ưu của các thành phần chính như động cơ đốt trong, mô tơ điện và ắc quy. Việc duy trì SOC trong vùng hoạt động tối ưu giúp kéo dài tuổi thọ ắc quy và tăng hiệu quả thu hồi năng lượng.

So với các nghiên cứu trước đây, đề tài đã thành công trong việc áp dụng công cụ Matlab/Simulink kết hợp logic mờ để giải quyết bài toán điều khiển phức tạp trên xe lai, phù hợp với điều kiện vận hành thực tế tại Việt Nam. Các biểu đồ mô phỏng như đồ thị vận tốc xe, tỷ lệ mô men phanh tái sinh, điểm hoạt động của động cơ và mô tơ trên bản đồ hiệu suất minh họa rõ ràng sự tối ưu hóa đạt được.

Kết quả này có ý nghĩa thực tiễn cao, giúp rút ngắn thời gian thiết kế bộ điều khiển, giảm chi phí phát triển và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trên xe lai, góp phần thúc đẩy phát triển công nghệ ô tô xanh tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai ứng dụng bộ điều khiển logic mờ trong sản xuất xe lai: Các nhà sản xuất ô tô nên áp dụng chiến thuật điều khiển logic mờ để tối ưu hóa phân phối lực kéo và lực phanh, nhằm nâng cao hiệu suất nhiên liệu và khả năng thu hồi năng lượng. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 1-2 năm, chủ thể là các công ty ô tô và trung tâm nghiên cứu phát triển.

2. Phát triển phòng thí nghiệm mô phỏng và thử nghiệm xe lai: Đầu tư xây dựng phòng thí nghiệm chuyên sâu về mô phỏng và thử nghiệm điều khiển xe lai, hỗ trợ nghiên cứu và đào tạo kỹ sư. Mục tiêu trong 3 năm tới, do các trường đại học kỹ thuật và viện nghiên cứu thực hiện.

3. Đào tạo và nâng cao năng lực chuyên môn cho kỹ sư điều khiển xe lai: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về logic mờ, mô phỏng Matlab/Simulink và kỹ thuật điều khiển xe lai cho cán bộ kỹ thuật và sinh viên. Thời gian triển khai liên tục, chủ thể là các trường đại học và trung tâm đào tạo nghề.

4. Mở rộng nghiên cứu và ứng dụng cho các loại xe lai khác: Dựa trên kết quả nghiên cứu xe Toyota Prius, tiếp tục phát triển các chiến thuật điều khiển tối ưu cho các dòng xe lai khác, bao gồm xe tải và xe du lịch đa dạng. Thời gian nghiên cứu 2-3 năm, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong lĩnh vực ô tô và điều khiển tự động: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế bộ điều khiển logic mờ, giúp phát triển các giải pháp tối ưu cho xe lai.

2. Các trường đại học và viện nghiên cứu kỹ thuật: Tài liệu tham khảo hữu ích cho giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu về hệ thống truyền động hybrid, mô phỏng và điều khiển fuzzy logic.

3. Doanh nghiệp sản xuất và phát triển xe lai: Hỗ trợ trong việc áp dụng công nghệ điều khiển tiên tiến để nâng cao hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu, giảm chi phí phát triển sản phẩm.

4. Sinh viên ngành cơ khí, điện tử và công nghệ ô tô: Giúp hiểu rõ về cấu trúc hệ thống hybrid, kỹ thuật mô phỏng và thiết kế bộ điều khiển, phục vụ cho học tập và nghiên cứu khoa học.

Câu hỏi thường gặp

1. Logic mờ là gì và tại sao được áp dụng trong điều khiển xe lai?
   Logic mờ là phương pháp xử lý thông tin không chính xác hoặc mơ hồ, phù hợp với các hệ thống phức tạp như xe lai. Nó giúp thiết kế bộ điều khiển mềm dẻo, tối ưu hóa phân phối công suất và lực phanh trong các điều kiện vận hành đa dạng.

2. Phần mềm Matlab/Simulink được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Matlab/Simulink được dùng để mô hình hóa, mô phỏng hệ thống quản lý năng lượng và thiết kế bộ điều khiển logic mờ, giúp đánh giá hiệu quả điều khiển trước khi áp dụng thực tế.

3. Làm thế nào để duy trì trạng thái sạc ắc quy (SOC) trong vùng tối ưu?
   Bộ điều khiển logic mờ sử dụng tín hiệu SOC làm đầu vào để điều chỉnh phân phối lực kéo và lực phanh, giữ SOC trong khoảng 50-70%, đảm bảo hiệu suất nạp/xả và tuổi thọ ắc quy.

4. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các loại xe lai khác không?
   Có, mô hình và chiến thuật điều khiển được xây dựng trên cơ sở xe Toyota Prius có thể mở rộng và điều chỉnh cho các loại xe lai khác, bao gồm xe du lịch và xe thương mại.

5. Lợi ích thực tiễn của việc áp dụng logic mờ trong điều khiển xe lai là gì?
   Giúp tối ưu hóa hiệu suất nhiên liệu, tăng khả năng thu hồi năng lượng phanh, giảm thời gian thiết kế bộ điều khiển, nâng cao độ ổn định và đáp ứng yêu cầu người lái trong nhiều điều kiện vận hành.

Kết luận

• Đề tài đã thành công trong việc ứng dụng logic mờ kết hợp Matlab/Simulink để thiết kế bộ điều khiển phân phối lực kéo và lực phanh tối ưu cho xe lai kiểu hỗn hợp.
• Bộ điều khiển mới giúp xe vận hành trong vùng hiệu suất tối ưu, giảm tiêu hao nhiên liệu từ 20% đến hơn 30% tùy chu trình lái xe.
• Trạng thái sạc ắc quy được duy trì ổn định trong phạm vi tối ưu, đảm bảo hiệu quả thu hồi năng lượng và tuổi thọ ắc quy.
• Kết quả nghiên cứu có khả năng ứng dụng thực tiễn cao, hỗ trợ phát triển công nghệ điều khiển xe lai tại Việt Nam.
• Đề xuất tiếp tục mở rộng nghiên cứu, phát triển phòng thí nghiệm và đào tạo chuyên sâu để nâng cao năng lực nghiên cứu và ứng dụng trong ngành ô tô.

Các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp triển khai ứng dụng bộ điều khiển logic mờ trong sản xuất xe lai, đồng thời đầu tư phát triển hạ tầng nghiên cứu và đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG HYBRID HỖN HỢP Hệ thống Hybrid kiểu hỗn hợp có 2 nguồn dẫn động: động cơ xăng và mô tơ điện. Hệ thống điều khiển Hybrid lựa chọn sự kết hợp tốt nhất của hai nguồn dẫn động trên tương ứng với những điều kiện lái. Cấu trúc của hệ thống Các thành phần của hệ thống hybrid hỗn hợp  Hộp số Hybrid bao gồm MG1, MG2 và cụm bánh răng hành tinh.

 Động cơ 1NZ-FXE.  Ắc qui cao áp.  Cụm bộ chuyển đổi bao gồm: một bộ chuyển đổi DC-DC, và một bộ chuyển đổi A/C.  ECU HV là bộ não của xe, ECM động cơ, ECU ắc quy, ECU điều khiển phanh tái Luan van 2 sinh, ECU điều khiển trượt.

 Ắc qui phụ, lưu trữ 12V DC cho hệ thống điều khiển xe. Động cơ 1NZ-FXE Hình 1. Động cơ 1NZ-FXE 1NZ-FXE là một trong hai nguồn công suất của xe Prius. 1NZ-FXE là một động cơ thẳng hàng 4 xy lanh 1.5l với hệ thống VVT-I (hệ thống điều khiển thời điểm nạp thông minh) và hệ thống ETCS-I (hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh).

1NZ-FXE bao gồm một số sự điều chỉnh giúp đặc tính cân đối, tính kinh tế về nhiên liệu và khí thải được sạch hơn đối với xe Hybrid. Một dạng độc đáo của động cơ 1NZ-FXE đó là thời điểm phối khí chu trình Atkinson cho phép động cơ giảm khí thải nhờ vào sự thay đổi mối tương quan giữa thì nén và thì giãn nỡ. Một đặc trưng khác được đưa vào trên các xe hybdrid thế hệ ’04 về sau là hệ thống tích nhiệt cho nước làm mát. Nó thu hồi nước nóng từ động cơ và chứa chúng trong một thùng cách nhiệt và giữ nhiệt nóng lên đến ba ngày.

Về sau, một bơm điện luân chuyển nước nóng xuyên qua động cơ để giảm khí thải HC tại thời điểm động cơ còn lạnh (lúc khởi động). Luan van 3  Đặc điểm thông số kỹ thuật: Bảng 1. Đặc điểm thông số kỹ thuật của động cơ 1NZ-FXE Loại động cơ 1NZ-FXE Số lượng xi lanh và cách bố trí 4-xi lanh, thẳng hàng Cơ cấu van 16 van DOHC, xích dẫn động (với VVT-i) Buồng đốt Kiểu vát nghiêng Đường ống nạp Dòng chéo Hệ thống nhiên liệu SFI Thể tích công tác cm3(cu.3) Đường kính x hành trình mm 75.7 Tỉ số nén 13.0 : 1 Công suất cực đại (SEA-NET) 57kW tại 5000 v/p Mômen cực đại (SEA-NET) 111 N.m tại 4200 v/p Mở 18o --- -15o BTDC Van nạp Thời điểm đóng 72o --- 105o ABDC đóng mở van Mở 34o BBDC Van xả đóng 2o ATDC Thứ tự đánh lửa 1-3-4-2 Trị số ốc tan xác định theo phương 91 hoặc cao hơn pháp nghiên cứu RON Trị số ốc tan 87 hoặc cao hơn Cấp dầu API SJ, SL, EC hoặc ILSAC Tuần hoàn khí thải ống pô SULEV Tuần hoàn khí thải bay hơi AT-PZEV, ORVR Luan van 4 1. Hộp số Hybrid Bao gồm:  Một cụm bánh răng hành tinh, cung cấp tỉ số truyền vô cấp và điều khiển như một bộ phân chia công suất.

 Một bộ giảm tốc bao gồm bộ truyền động xích, bộ bánh răng giảm tốc và bộ truyền lực cuối cùng.  Bộ vi sai. Hộp số Hybrid Thông số kĩ thuật của hộp số Hybrid: Bảng 1. Thông số kĩ thuật của hộp số Hybrid Loại hộp số P111 đời Prius 2010 Số răng của bánh răng mặt trời 78 Bộ bánh răng Số răng của bánh răng hành tinh 23 hành tinh Số răng của bánh răng bao 30 Tỉ số truyền của bộ vi sai 3.905 Số mắt xích 74 Xích dẫn động Bánh xích chủ động 39 Luan van 5 Bánh xích bị động 36 Bộ bánh răng Bánh răng chủ động 30 giảm tốc Bánh răng bị động 44 Bộ truyền động Bánh răng chủ động 26 cuối cùng Bánh răng bị động 75 Dung tích dầu Lít (US qts, Imp qts) 4.0) Loại dầu ATF T-IV hoặc đẳng trị 1.

MG1 và MG2  Cả MG1 và MG2 có kích thướt nhỏ, trọng lượng nhẹ, đạt hiệu quả cao của loại mô tơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cữu xoay chiều 3 pha.  Chức năng của MG1 và MG2 kết hợp hiệu quả cao cả máy phát đồng bộ xoay chiều và mô tơ điện. MG1 và MG2 hoạt động như nguồn cung cấp hỗ trợ lực kéo giúp động cơ xăng khi cần thiết.  MG1: nạp lại cho ắc qui HV và cung cấp điện năng dẫn động MG2.

Ngoài ra bằng việc điều chỉnh lượng điện năng phát ra, MG1 điều khiển hiệu quả sự truyền động vô cấp. MG1 cũng làm việc như một máy khởi động.  MG2: MG2 và động cơ xăng làm việc lẫn nhau để dẫn động bánh xe, ngoài ra đặc tính mômen lớn hơn của MG2 giúp đạt được hoạt động động lực học tối ưu. Trong thời gian phanh tái sinh, MG2 biến đổi động năng thành năng lượng điện lưu trữ trong ắc qui HV.

MG2 hoạt động như một máy phát.  Một hệ thống làm mát thông qua bơm nước làm mát MG1 và MG2.  Thông số kỹ thuật của MG1: Bảng 1. Thông số kỹ thuật của MG1 Loại động cơ Động cơ nam châm vĩnh cữu Chức năng Máy phát; máy khởi động Điện áp cực đại (V) AC 273.6 Hệ thống làm mát Làm mát bằng nước Luan van 6  Thông số kỹ thuật của MG2: Bảng 1.

Thông số kỹ thuật của MG2 Loại động cơ Động cơ nam châm vĩnh cữu Chức năng Máy phát; dẫn động bánh xe Điện áp cực đại (v) AC 273.6 Công suất cực đại kW(PS)/(v/p) 33(45)/1040-5600 Mômen cực đại N.7)/0-400 Hệ thống làm mát Làm mát bằng nước  Sơ đồ hệ thống: Hình 1. Sơ đồ hệ thống điều khiển MG1, MG2 1. Bộ phân chia công suất (Power-Split Device)  Trái tim của hệ thống Hybrid là một thiết bị nhỏ gọn được gọi là bộ phân chia công suất PSD (Power Split Device). PSD là bộ bánh răng hành tinh có kết cấu giống như bộ bánh răng hành tinh của hộp số tự động nhưng hoạt động thì khác hoàn toàn.

 Sự sắp xếp của các bánh răng hành tinh trong bộ phân chia công suất và cách ăn khớp giữa các bánh răng với nhau. Bánh răng ở trung tâm gọi là bánh răng mặt trời, các bánh răng bao xung quanh nó gọi là bánh răng hành tinh, các trục của bánh răng hành tinh được cố định với cần dẫn và nó quay xung quanh tâm của bánh răng mặt trời. Tất cả bánh răng hành tinh đều có kích thước bằng nhau và có cùng khoảng cách so với tâm quay. Vòng Luan van 7 răng ở ngoài cùng gọi là bánh răng bao, nó ăn khớp với các bánh răng hành tinh.

 Trong hệ thống Hybrid. Bộ bánh răng hành tinh dùng để phân chia công suất. Động cơ đốt trong (ICE) được kết nối với cần dẫn, mô tơ máy phát 1 (MG1) được kết nối với bánh răng mặt trời và mô tơ máy phát 2 (MG2) được kết nối với bánh răng bao. Bộ bánh răng hành tinh  Tất cả các bánh răng trên đều quay tròn khác nhau và tốc độ thay đổi.

Theo kiểu này thì tốc độ của ICE và MG2 có thể thay đổi. MG2 vừa là mô tơ vừa là máy phát có tốc độ thay đổi lớn đến 6,500 v/p, MG2 được kết nối với các bánh xe chủ động qua hệ thống truyền động. Khi tốc độ lực truyền từ MG2 đến vòng răng thay đổi thì tốc độ của xe sẽ thay đổi, trong khi nếu thay đổi tốc độ trực tiếp của ICE (MG2=0) thì tốc độ của xe không trực tiếp thay đổi. ICE có thể quay chậm hoặc nhanh tùy thuộc vào công suất cần thiết phải phát ra và khi có sức cản hoặc sự trợ giúp từ động cơ máy phát thì xe có thể chạy trong suốt quá trình động cơ hoạt động.

 Tốc độ quay của MG1, MG2 và ICE phụ thuộc lẫn nhau. Tốc độ quay của MG1 sẽ thay đổi khi thay đổi MG2 hoặc ICE hoặc thay đổi cả hai. Tốc độ MG1 có thể đạt tới 10,000 v/p.  ICE bị giới hạn tốc độ giữa 800 v/p đến 4,500 v/p.

Nó cũng có thể dừng hẳn, nhưng ở tốc độ khoảng từ 0 đến 800 v/p thì ICE không thể hoạt động có hiệu quả. ECU nhận biết và nó dừng ICE. ICE sẽ được khởi động trở lại bởi MG1 khi cần công suất cao hơn hoặc số vòng quay cao hơn.  Động cơ đốt trong ICE được kết nối với cần dẫn.

Khi cần dẫn quay, các bánh răng hành tinh ăn khớp có xu hướng tác động đến bánh răng mặt trời và bánh răng bao làm bánh răng mặt trời và bánh răng bao quay cùng chiều với nó. Bằng cách lựa chọn cẩn thận số răng của bánh răng mặt trời và bánh răng bao. Hãng Toyota tìm được kích thước bộ phân chia công suất hợp lý, qua đó xác lập tỉ lệ phân phối là 72% mô men truyền đến bánh răng Luan van 8 bao và 28% mô men truyền đến bánh răng mặt trời. Tính toán: Mối quan hệ về vận tốc góc, moment xoắn trong bộ phân chia công suất:  Vận tốc góc: 1 1 𝑛𝑦 = 𝑛𝑠 + 𝑛 1 + 𝑖𝑔 1 + 𝑖𝑔 𝑟 Hình 1.

Bộ phận chia công suất Trong đó: ny, ns, nr lần lượt là vận tốc góc của cần dẫn, bánh răng mặt trời, bánh răng bao.  Moment xoắn: Ty = -kysTs = -kyrTr Trong đó: Ty, Ts, Tr lần lượt là moment xoắn của cần dẫn, bánh răng mặt trời, bánh 1 răng bao. Và kys = 1+ig ; kyr = 1+𝑖𝑔 Khi một trong các bộ phận bộ bánh răng hành tinh bị khóa, lúc này nó bộ bánh răng hành tinh sẽ trở thành bộ bánh răng thường với một đầu vào và một đầu ra. Mối quan hệ đó được biểu diễn dưới đây: Bảng 1.

Mối quan hệ giữa các thành phần trong bộ phân chia công suất Thành phần Tốc độ Moment Bánh răng mặt trời 1 𝑇𝑦 = −𝑘𝑦𝑟 𝑇𝑟 𝑛𝑦 = 𝑛 𝑘𝑦𝑟 𝑟 Bánh răng bao 1 𝑇𝑦 = −𝑘𝑦𝑠 𝑇𝑠 𝑛𝑦 = 𝑛 𝑘𝑦𝑠 𝑠 Luan van 9 Cần dẫn 𝑘𝑦𝑠 𝑘𝑦𝑟 𝑛𝑠 = − 𝑛 𝑇𝑠 = 𝑇 𝑘𝑦𝑟 𝑟 𝑘𝑦𝑠 𝑟 Đối với xe lai kiểu hỗn hợp sử dụng bộ bánh răng hành tinh làm khớp nối tốc độ, sẽ có rất nhiều lựa chọn khác nhau trong việc kết nối các bộ phận của bộ bánh răng hành tinh đến hệ thống truyền động: Tuy nhiên, qua tính toán việc kết nối động cơ-cần dẫn, bánh răng bao-bánh xe chủ động, bánh răng mặt trời-motor sẽ là sự lựa chọn hợp lý. Ở cách kết nối này, động cơ sẽ hoạt động tối ưu, giảm được kích thước của motor/máy phát, tiết kiệm chi phí, hiệu suất hoạt động tốt. Lúc này, moment xoắn của động cơ (Te), motor ( Tm) sẽ có mối liên hệ: Te = -kysTm Bảng 1.